Источник питания для дуговой сварки

(50 4 В 23 К 9/ 43 ЮИ 639 йТЕНТЫ". Ы 1;1 ЧЕьЕФРБ 4 ЬЛИДГ,БРЕТ ТЕЛЬСТ ои стит ДУГОВОЙ шинося свароч ь использ изводств может б х питан изобре вано в источнивой сварки. Целширение технолтей и повышенисоединения при для дуго ния - рас озможноспу ически качест варного Дйь Ф к машиноисполь овои сварки. Целью изобретерение технологич повышение качес ия является расшиских возможностей а сварного соед анин процессаи ения при регулирварки путем плав го изменения в еск тики.функциональ ия для дупример выфиг.З иков тока нацряжени СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ П(НТ СССР ОПИСАНИ Н А ВТОРСНОМУ(54) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДСВАРКИ(57) Изобретение относистроению, в частности к регулировании процес Изобретение относитстроению и предназначен вания в источниках питания дл чины и знака крутизны ст вольт-амперной характериНа фиг,1 представлена ная схема источника пита говои сварки; на фиг,2 - полнения переключателя;н вариант исполнения задат са сварки путем плавного изменениявеличины и знака крутизны статическвольт-амперной характеристики, Источник питания для дуговой сваркисодержи. преобразователь энергии,блок управления с цепями абратной,связи по току и напряжению дуги иблок задания крутизны характеристикиБлок управления обеспечивает работуисточника питания с настройкой оптимальной крутизны характеристикипри сварке с автоматическим устранением отклонения тока, напряжениядуги от заданных значений, Одновременно производится отработка возмущений по току и напряжению дуги в соответствии с текущим значением оптимизируемого параметра, Качество формирования сварного шва повышаетсятем оптимизации крутизны вольтамперной характеристики непосредственно в процессе сварки.З ил,Источник питания для дуговой свар ки (фиг.1) содержит преобразователь 1 энергии, датчик 2 тока, датчик 3 напряжения дуги, задатчики 4 тока и 5 напряжения дуги, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого 6 и второго 7 узлов рассогласования, вторые входы которых соединены соответственно с выходами датчиков 2 тока и 3 напряжения дуги. Выходы первого 6 и второго 7 узлов рассогласования подключены соответственно к первому и второму входам блока 8 задания крутизны характеристики, первый и второй регули руемые выходы которого соединены соответственно с первым и вторым неин1496943 3ьертирующими входами сумматора 9,.выход которого соединен с входом блока 10 Формирования управляющего сигнала, выход которого соединен с управляющим входом преобразователя 1энергии, Кроме того, источник питаниясодержит преобразователь 11, выходыс первого по четвертый которого соединены соответственно с входами свторого по пятый задатчика 4 тока,а выходы с пятого по восьмой - соответственно с входами с второго попятый задатчика 5 напряжения дуги,выход которого соединен также с третьим неинвертирующим входом сумматора 9, четвертый и пятый инвертирующие входы которого соединены состветственно с третьим и четвертым нерегулируемыми выходами блока 8 задания крутизны характеристики, Первыйвход 12 задатчика 4 тока соединенс выходом датчика 2 тока, а первыйвход 13 задатчика 5 напряжения связан с выходом датчика 3 напряжения 25дуги,Переключатель 11 (Фиг.2), служащий для управления работой задатчиков 4 тока и 5 напряжения, снабженпервой 14, второй 15, третьей 16 ичетвертой 17 кнопками с нормально разомкнутыми контактами, пятой кнопкой8 с переключающими контактами, первым реле 19 с переключающим первымконтактом 20, второе реле 21 со вторым 22 и третьим 23 нормально разомкнутыми контактами, третье реле 24с четвертым 25 и пятым 26 нормальнозамкнутыми контактами. Обмотки второго 21 и третьего 24 реле зашунти.4 орованы конденсаторами и последовательно с этими обмотками, а такжес обмоткой первого реле 19 установлены ограничительные сопротивления,Переключатель 11 имеет две группыс первого по четвертый 27-30 и с45пятого по восьмой 31-34 выходов, Задатчики 4 тока и 5 напряжения дуги,ли напряжения на операционных усилителях, на микросхемах, четвертое реле 38 с шестым нормально разомкнутымконтактом 39, первый 40 и второй 41конденсаторы, пятое реле 42 с седьмым нормально разомкнутым контактом43, шестое реле 44 с восьмым нормально разомкнутым контактом 45 и седьмое реле 46 с девятым нормально разомкнутым контактом 47. Узла 6, 7 рассогласования представляют собой дифференциальные усилители с единичными коэффициентами усиления. Коэффициентыпередачи нерегулируемых делителейблока 8 задания крутизны характеристики равны 0,5, а регулируемых -способны изменяться от 0 до 1. Сумматор 9 имеет следующие коэффициентыпередачи: по первому и второму входам равный 2, по инвертирующим четвертому и пятому входам равный - 2,п 6 третьему входу имеет значение1где К и К - коэффициенты пеКеКзредачи элементов 1, 10 и 3 схемы,Работа источника питания рассматривается в установившихся состояниях,поэтому инерционные свойства звеньевне учитываются,После подачи в источник питаниядля дуговой сварки питающего напряжения сети срабатывает четвертое реле38 в задатчиках 4, 5 тока и напряжения и подключает первый конденсатор40 к выходу первого повторителя 35,На выходе узлов 6, 7 рассогласованиянапряжение равно нулю, так как задатчики 4, 5 тока и напряжения не формируют сигналов иэ-за разряженных вторых конденсаторов 41, и на выходахдатчиков 2 тока и 3 напряжения отсутствует напряжение вследствие равен -ства У =О. Условимся значениям выоходных напряжений элементов схемыприсваивать номер этого элемента.Предположим, что источник питаниядля дуговой сварки настраиваетсядля выполнения сварки вольфрамовымэлектродом в инертных газах, В этомслучае процесс возбуждения дуги легче осуществляется на возрастающейхарактеристике, Координаты центравращения характеристики в осях ток -напряжение дуги задают с помощьюс первой по четвертую кнопок 14 - 17(Фиг,2), при этом на выходах задатчиков 4, 5 тока и напряжения формируются напряжения 04 и Б . Если сделать%П, 0, то центр вращения характеристикй будет заходиться на оси токов икоордината его 1 = - где К - коэф 11 Ф=к,фФициент передачи датчика 2 тока.Будем считать, что элементы схемы представлены пропорциональными звеньями с индексами, соответствующими1496943 6выбранной по другому критерию, оптимизации, например геометрическимпараметрам шва,Чтобы выявить оптимальнук крутизну и Фазе плавления крамок , формирования шва, необходимо плавно изменять величину и знак крутизны характеристики, причем это изменение дол 10 жно происходить в неподвижной рабочей точке процесса. Также необходимо,чтобы система регулирования выходныхпараметров источника питания продол 8 жала сохранять свою способность отра 15 батывать возмущения в соответствиис тем текущим значением крутизны,У 1 которое было в момент действия возмущения.Выполнить указанные условия можно20 нажатием пятой кнопки 18 переключатеномеру каждого конкретного звена,а коэффициент передачи блоков 1, 10обозначим К, Запишем выражение длясигнала управления Б при замкнутыхэлектродах источника питания:Ц =-2(08+0) 06 П 7 ф (1)где йндексы Й и Т свидетельствуето том, что сигнал принадлежит цепиобратной связи по напряжению дуги,цепи обратной связи по току соответственно:У=К К У Б =К (К 1 -У+),(2)где К и К - коэффициенты передачисоответственно цепейобратной связи по напряжению дуги и по ток1- ток сварочной дуги.Из Фиг.1 следует, что:06 К 1 1 04 ь П 7=К Ъ П 1 ф (3)и,=2 К, "к, и,+к,(к, 1 -п,)1-К, 1+(6) н 41-К К (2 К -1)3 8При постоянных значениях К,К,К крутизна статической вольтамперной характеристики задается измененИем коэффициентов К и Ка.т н 55 После разведения электродов возбудится дуга и сформируется на указанной характеристике рабочая точка А. В этом случае напряжение дуги и ток дуги будут взаимосвязаны по выражениюК К (2 К)Б 1А, н дк(2 КВ ") У 4.1-к к,(гк,-1)Оптимальная крутизна этой характеристикии в фазе возбуждения дуги часто не удовлетворяет условиям плавления и формирования сварного шва, что требует работы оборудования на другой, оптимальной крутизне,25 30 35 40 45 50 ля 11 (Фиг,2) и подстройкой коэффи" циентов К и К, До нажатия кнопкит н18 на первых конденсаторах 40 задатчиков 4, 5 тока и напряжения происходит выборка сигналов с датчиков 2 тока и 3 напряжения дуги. После нажатия и отпускания пятой кнопки 18 срабатывает первое реле 19 и блокируется первым контактом 20. Четвертое реле 38 размыкает шестой контакт 39 задатчиков 4, 5 тока и напряжения, Первый конденсатор 40 запоминает входной сигнал в момент размыкания шестого контакта 39. Через время Ьй определяемое КС-цепочкой, подключен" ной к обмотке второго реле 2 1, последнее срабатывает и замыкает второй 22 и третий 23 контакты, В результате срабатывает пятое реле 42 задатчиков 4, 5 тока и напряжения, Пятое реле 42 замыкает седьмой контакт 43, и в задатчиках 4, 5 тока и напряжения сигналы с первых конденсаторов 40 переписываются на вторые конденсаторы 41. Через время й, определяемое КС-цепочкой, подключенной к обмотке третьего реле 24, последнее срабатывает, что приводит к размыканию четвертого 25 и пятого 26 контактов.Первое реле 19 отключается и возвращает первыйконтакт 20 в исходное состояние. Через время Ьз, определяемое емкостью, подключенной к обмотке второго реле 21 и сопротивлением этой обмотки, выключается второе реле 21 и размыкает второй 22. и третий 23 контакты. В результате отключаются обмотки пятого реле 42 задатчиков 4,(12) 40 5 тока и напряжения и, .следовательной размыкается седьмой контакт 43. Задатчики 4, 5 тока и напряжения переводятся в режим хранения напряЖенияУ записанного на втором конденсаторе 4 1. Через время С, определяемое емкостью, подключенной к обмотке третьего реле 24 и сопротивлением этой , обмотки, выключается третье реле 24 и замыкает четвертый 25 и пятый 26 контакты, В результате срабатывает- четвертое реле 38, замыкает шестой контакт 39, и задатчики 4, 5 тока и напряжения переходят в режим выборки входного напряжения на первом конденсаторе 40. Схема возвращается в исходное состояние. Доказательством неизменности положения рабочей точки А после нажатия и отпускания пятой 20 кнопки 18 может служить следующее выражение: 19 в(8) где Ц - сигнал управления при горя 1щей дуге после срабатывания 25пятой кнопки 18.Штрихом будем отмечать сигналы после срабатывания пятой кнопки 18,Ц =К 1 ц =К 0 - это координа 4 .2, 4 в б 3 дты нового .центра вращения характерис- З 0 тики, который совпадает с рабочей(Г 1 точкой А . Так как Цб =О , 07 =О 1 03 =О , Ц =О, то1 1 ЦАц- .Ц = -- К 0 = - (9)1 К КК Кз Э А К . 35 Докажем, что 09=09.Определим ток 14 из соотношения 7 йн1-К К (2 К -1)д 8 1а -м т ц + ц (10)Р т А К 4КК (2 К -1) дПодставйм значение тока 1 А,из соотношения (10) в выражение (4) для 0 , получим:450=КО(2 кв) 04+(2 КВ1-К К,(2 К,"-1)АК -- - -Ц + Ц -(2 К -1)Ц вк2 т.- 4 К 4 4К К (2 К -1 2цдКчто и требовалось доказать.Определим вид статической вольтамперной характеристики, которая сформировалась после задания нового центра вращения:104 - К 21 д е Ц ы К з 0 дй, Ц К 1-К 214 , 0 =К Ц,-К 04; Сравнение соотношения (12) с соотношением (7), связывающим ток и напряжение дуги в рабочей точке А, показывает, что уравнения имеют одинаковые коэффициенты при аргументах 1 н 1 Е. Докажем, что свободные членыавнейнй одннаковы. ДЛв этого нспользуем ранее полученное выражение (7) для 04 и подставим его в выражение для свободного члена в уравнении (12):К К,(2 К,-1) К(2 кв 1)1 А 0- 1-К К У (2 КВ) 1-К К 9(2 К)К К (2 Кз) К(2 К 8-1)----- . -- 1 А -- ц1-К К 9 (2 К 6-1) 1-К К 9 (2 К 8-1)Следовательно, полученное выражение для Ц графически представлено ранее полученной характеристикой,Докажем, что уравнения характеристик Ц =Х(1) и 0 =Е(1 а ) независимо3Ю т н от значении коэффициентов К и Кй будут пересекаться в одной рабочей тоЧке с координатами 04,14. Для1 этого в уравнение Ц, =Й(1 ) вместо 1 подставим значение 1: К К 2(2 К -1)4н д1-К К(2 К 8-1)К К 2(2 К,-1)Аф1-К К 9 (2 К -1)16Ц, фф Цд. Тангенс угла наклона статической вольт-амперной характеристики источника питания к оси тока будет равен:15 30 35 40 45 50 55 К К,(гК,-1)Ос --- . (13)1-К К (2 К -1)3 8Необходимо отметить, что система регулирования источника питания становится неустойчивой при одновременном действии сигналов положительной обратной связи по току и положительной по напряжению, Дпя формирования строго вертикальной характеристики движок правого делителя напряжения блока 8 задания крутизны характеристики 8 (фиг.1) устанавливают в верхнее положение, а движок левого делителя напряжения переводят в положение немного выше среднего, при этом чем больше К, тем меньше величинад фЦКо - 0,5. Увеличение К 8 будет приводйть к формированию характеристики с положительной крутизной. Для формирования строго горизонтальной (жесткой) характеристики движок левого делителя напряжения блока 8 задания крутизны характеристики устанавливают в нижнее положение, а движок правого делителя напряжения переводят в положение немного ниже среднего, при этом чем больше К, тем меньше величина К 8 - 0,5. Увеличение К будетг тприводит к формированию характеристики с положительной крутизной.В качестве преобразователя 1 энергии может быть использован мощный преобразователь энергии с полупроводниковым регулятором тока, Его "естественная" характеристика должна быть жесткой. От жесткости этой характеристики будет зависеть точность работы системы. Повысить жесткость характеристики обычного полупроводникового регулятора можно коррекцией коэффициента передачи К, пропорционального сварочному току, В качестве датчика 2 тока и датчика. 3 напряжения дуги используют шунт и резисторный делитель напряжения при сварке постоянным током. При сварке пульсирующим током или при сварке переменным таком датчика тока и напряжения должны включать в себя интегрирующие, детектирующие цепи. Экспериментальные исследования источника питания для дуговой сварки в виде смакетированных блоков и устройств, подключенных через ПП 1 М-модулятор к преобразователю энергии с транзисторным регулятором, показали, что он обеспечивает получение сварных соединений иэ стали 012 Х 18 В 10 Т толщиной 0,1-0,5 мм с плавным изменением величины и знака крутизны статической вольт-амперной характеристики,Это позволяет непосредственно в процессе сварки оптимизировать крутизнухарактеристики с одновременной отработкой возмущений по току и напряжению дуги в соответствии с текущимзначением параметра оптимизации, аследовательно, повысить качестваформирования сварного шва,Формула изобретения Источник питания для дуговойсварки, содержащий преабразсвательэнергии, датчики тока и напряжениядуги, выходы которых соединены соо,- ветственно с первыми входами задат чиков тока и напряжения дуги, выходикоторых соединены соответственно спервыми входами первого и второгоузлов рассогласования, вторые входы 25 катар, под ,ючены соответственно.к выходам датчиков тока и напряжениядуги, выходы первого и второго узловрассогласования подключены соответственно к первому и второму входам блока задания крутизны характеристики, первый и второй регулируемыевыходы которого соединены соответственно с первым и вторым входом сумматора, выход которого соединенс входом блока формирования управляющего сигнала, выход которого соеди" нен с управляющим входам преобразователя энергии, а т л и ч а ю щ н й - с я тем, что, с целью расширения технологических вазможностей и павыщения качества сварного соединенияпри регулировании процесса сварки путем плавного изменения величиныи знака крутизны статической вольтамперной характеристики, ан содержитпереключатель, сумматор выполнен пятивхадовым, блок задания крутизныхарактеристики снабжен дополнительнодвумя нерегулируемыми делителями напряжений тока и напряжения дуги, причем выходы переключателя с первогопо четвертый соединены соответственно с входами с второго по пятый за.датчика тока, а выходы переключателя с пятого по .восьмой - соответственнос входами с второго по пятый задатчика напряжения дуги, выход которогосоединен с третьим входом сумматора,четвертый и пятый инвертирующие вхо 1 1496943ф)ды которого соединены соответственно ми выходами блока задания крутизныс третьим и четвертым нерегулируемы- характеристики,едактор ктор М,Демчи ткин Заказ 4374/15 Тираж 894 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгор Гагарина, 101